50年代初，一些流行病学研究指出，氟化物具有阻止龋齿的作用。于是，1955年出现了添加氟化亚锡（SnF₂）的牙膏。后来，一氟磷酸钠(MFP)代替了氟化亚锡，成为世界上研究最广泛的氟化物。如今被添入牙膏预防龋齿的氟化物还有氟化钠和氟化胺类（amine fluorides）。专家们普遍地认为，当提供的氟离子的浓度相等时，所有这些氟化物防治龋齿的作用是相同的。

龋齿是由于发生在牙釉质上，也可能是局部地发生在牙釉下面的牙本质里的去矿化作用引起的。去矿化作用就是有机酸穿透牙釉质表面使牙齿的矿物质-羟（基）磷灰石溶解。这些酸是由口腔细菌在糖代谢或可酵解的碳水化合物代谢过程中释放出来的。由于细菌在牙齿表面形成一层粘附着的膜-齿斑（或称菌斑），细菌制造的酸能够长时间地跟牙齿表面密切接触，因此，羟磷灰石被酸溶解，生成磷酸氢根离子和钙离子向齿外扩散，被唾液冲走： 

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂+8H⁺=10Ca²⁺+6HPO₄^2-+2H₂O 

不过，既使去矿化作用的酸存在于牙齿表面的齿斑里，却有证据表明，龋齿是在牙齿的釉表质下面开始的。 

饮水、食物和牙膏里的氟离子会跟羟磷灰石反应生成氟磷灰石： 

Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂+2F^-=Ca₁₀(PO₄)₆F₂+2OH^- 

溶解度研究证实氟磷灰石比羟磷灰石更能抵抗酸的侵蚀。据研究，牙釉质表层60um厚度里氟磷灰石的含量是釉内层的10倍，细菌分泌的酸是通过微小的孔洞进入牙齿的釉质引起含氟磷灰石较少的内层牙质去矿化的。在X射线照片上去矿化的亚表层区域显示一个不透光的白斑。临床观察表明含氟牙膏能通过沉积氟磷灰石使白斑再矿化。氟离子也能减少蛀牙，因为它比起较大的氢氧根离子在磷灰石晶体结构里更匹配，还因为它能抑制口腔细菌产酸。含氟牙膏已经使全世界千千万万的人减少龋齿，使大家的牙齿保持得更长久。然而不幸的是老年人会发生牙龈萎缩，使牙根暴露，从而使牙根表面的蛀洞增多。这种龋齿可使用含氟牙膏后再请医生涂抹一种含氟胶来制止 。